3CCD är en färgseparationsteknik i färg -tv som använder tre ljuskänsliga matriser eller transmissionsrör , separata för var och en av de tre färgseparationsbilderna: röd , grön och blå . Tekniken är baserad på optisk färgseparation med hjälp av ett dikroiskt (eller dikroiskt) prisma, som separerar ljuset från linsen till tre bilder längs våglängden på grund av interferens [1] . Vid TV-användning kallas sådana kameror och videokameror för trematris.
Optisk färgseparation i tre monokroma bilder användes först för att få färgfotografier i slutet av 1800-talet . Exponering av tre svartvita fotografiska plåtar bakom tre färgfilter gjorde det möjligt att erhålla tre färgseparerade negativ , från vilka en färgbild trycktes med pigmentmetoden [2] . Tekniken för färgbio " Technicolor " använde också filmkameror som spelar in färgseparationsbilder på tre filmer samtidigt [3] . En liknande anordning för en TV-sändande kamera har använts sedan de allra första dagarna av existensen av färgtelevisionssystem baserade på samtidig överföring av färginformation. Före tillkomsten av halvledarmatriser använde kameror byggda enligt ett sådant schema tre eller fyra sändande TV-rör [4] . I det senare fallet bildade det fjärde röret en luminanssignal och i trerörssystem användes ofta en pseudoluminanssignal istället för en grön signal [5] .
De första färg-tv-kamerorna använde vanliga speglar och färgfilter. Användningen av dikroiska prismor gjorde det möjligt att öka ljustransmissionen och följaktligen känsligheten hos sådana kameror. För tre- och fyrarörskameror, efter varje påslagning, krävdes en inriktningsprocedur, vilket var nödvändigt för exakt inriktning av sändningsrören . Magnetiska avböjningssystem hade inte absolut stabilitet och reagerade på förändringar i det omgivande magnetfältet , ofta beroende även på kamerans position. Justering eliminerade färgkonturerna i bilden, som dök upp på grund av felaktigheter i justeringen av bilder från de tre rören. Centrering var en finjustering av de vertikala och horisontella avsökningsströmmarna för varje rör och utfördes av ett automatiskt system med hjälp av ett bord med kompaktkameror. I stationära kameror, vid uppställning, projicerades bordet på målet för sändningsrören genom en extra yta av det färgseparerande prismat med en diaprojektor inbyggd i kamerahuvudet [5] [6] .
Användningen av halvledarmatriser i halvledartyp eliminerade behovet av att utföra justering vid varje start, eftersom geometrin på bilden som bildas av matrisen är praktiskt taget oberoende av yttre påverkan. Med tillkomsten av tv-sändningsrör som utför intern färgseparation med hjälp av inbyggda linjefilter, började vissa kompakta videokameror byggas enligt ett två- och ett-rörsschema, utan ett prismafärgseparationssystem [7] . Halvledarmatriser kan också använda en färgseparationsmetod som använder en rad färgfilter , vilket möjliggör användning av en enda ljuskänslig matris utan ett dyrt och skrymmande färgseparerande prisma. Men fördelarna med trematrissystemet är sådana att videokameror byggda på tre matriser inte ger upp sina positioner inom professionell videoproduktion och till och med i digital film än i dag . Denna metod för färgseparation användes också i vissa videokameror för att förbättra bildkvaliteten [8] .
Ljuset från fotograferingslinsen kommer in i det färgseparerande dikroiska prismat och delar upp det i tre komponenter i strömmen riktade mot olika ytor av prismat. Den kortaste våglängdsstrålningen reflekteras selektivt från den dikroiska beläggningen F1 , som sänder resten av ljuset vidare. Så den blå komponenten av ljuset riktas mot den nedre utgångsytan. Sedan separerar ytan med F2-beläggningen den långvågiga - röda delen av spektrumet och faller till den övre utgångsytan. Det återstående ljuset som har passerat genom alla beläggningar motsvarar den gröna delen av spektrumet och går in i prismats baksida. På så sätt erhålls tre monokroma verkliga bilder av motivet. Rött och blått ljus genomgår en dubbel reflektion, vilket resulterar i direkta (icke-spekulära) bilder av dessa färger. Var och en av dessa färgseparerade bilder faller på en separat matris, varifrån videosignalen, efter bearbetning, läggs till den allmänna. Som ett resultat av att addera signaler från tre matriser erhålls en komplett färgtelevisionssignal .
Vissa tillverkare använder fyra istället för tre matriser för att öka systemets upplösning. Som regel bildar en extra matris en ytterligare bild av den gröna kanalen med en förskjutning på 1/2 pixel , vilket minskar färgmoiré och ökar bildens skenbara skärpa. Fyrmatrissystemet blev känt tack vare Ikegami -företaget , som först använde denna design av kamerahuvuden [9] . De första sändningskamrarna använde också fyra sändarrör, varav ett utgjorde luminanssignalen.
Det dikroiska prismat är huvudelementet i färgseparationssystemet med tre matriser. [10] Vid beräkning av ett färgseparationssystem bör det tas med i beräkningen att väglängden för strålarna i varje färg bör vara densamma, med hänsyn tagen till skillnaden i brytningsindex för glaset för olika delar av prismat. Dessutom, vid design av prismor för användning med halvledarmatriser, är spegelvända bilder inte tillåtna, vilket var möjligt med vakuumtransmissionsrör . I den senare eliminerades detta genom att helt enkelt ändra polariteten på svepen. En ytterligare svårighet i designen av tre-matriskameror är elimineringen av effekten av ljuspolarisering på kvaliteten på färgseparationen. Det finns många olika utformningar av färgseparerande prismor med olika arrangemang av ytor och utgående ytor. Arbetslängden för linser för kameror med denna färgseparationsmetod anges vanligtvis som två värden, varav ett är giltigt för glas och det andra för luft, det vill säga för enkelmatriskameror utan prisma.
Den största fördelen med enheten med tre matriser (tre-rör) i den sändande kameran är noggrannheten i färgseparationen, vilket är ouppnåeligt för en rad färgfilter med ljustransmissionsegenskaper som är långt ifrån idealiska. Dichroic prismor har nästan fullständig opacitet för de reflekterade delarna av spektrumet och samma transparens för överförda [11] . Listan över förmåner kan fortsätta:
Trots många fördelar har systemet ett antal nackdelar, och framför allt är det känsligt för ljusets polarisering och ljusstrålarnas infallsvinkel [11] . Detta medför vissa begränsningar när man designar ett färgseparationssystem och använder linser med olika brännvidder. Dessutom finns det andra nackdelar: